課程設(shè)計 多功能 數(shù)字鐘

1、中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院電子技術(shù)綜合設(shè)計姓 名： 學(xué)號：專 業(yè)： 自動化 題 目： 多功能 數(shù)字鐘專 題： 電子技術(shù)綜合設(shè)計 設(shè)計地點： 電工電子實驗室設(shè)計日期： 成 績： 指導(dǎo)教師：年月 電子技術(shù)綜合設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)年級 學(xué)號設(shè)計日期： 年 月 日 至 年 月 日實踐課程：電子技術(shù)綜合設(shè)計設(shè)計題目：多功能數(shù)字鐘設(shè)計內(nèi)容和要求：1. 主要內(nèi)容： 用 CC4518雙四位BCD同步加計數(shù)器設(shè)計60秒、60分、24小時歸0的計數(shù)電路 用CC4511 七段譯碼驅(qū)動/鎖存器及LG5011AH共陰數(shù)碼管設(shè)計譯碼及顯示電路（數(shù)碼管需加限流電阻） 用555設(shè)計CP脈沖源 (f=1KH) 具有系統(tǒng)校準(zhǔn)功能2.

2、 整體電路原理圖60秒、60分、24小時- 計數(shù)、譯碼、顯示電路（用8K白紙手工畫圖）3. EWB仿真圖60秒、60分、24小時- 計數(shù)、譯碼、顯示電路（計算機打?。?. 設(shè)計原理圖用PROTEL99設(shè)計原理圖（計算機打?。?. 設(shè)計PCB版圖用PROTEL99設(shè)計PCB板圖（計算機打印）6. 功能擴展要求設(shè)計：定點報時功能 12小時歸1計數(shù)電路 指導(dǎo)教師簽字： 年月日摘要通過模擬電子技術(shù)與數(shù)字電子技術(shù)的學(xué)習(xí)，作為對于以學(xué)習(xí)知識的檢驗與動手能力的培養(yǎng)，設(shè)計并制作了此款多功能數(shù)字鐘。數(shù)字鐘電路由主電路與擴展電路兩部分組成的。主電路即基本功能部分通過用555實現(xiàn)脈沖信號發(fā)生，通過CC4518同步加

3、法計數(shù)器對等寬脈沖信號累加計數(shù)實現(xiàn)計時功能并通過CC4511 7段鎖存/譯碼/驅(qū)動器實現(xiàn)譯碼顯示，完成了60秒、60分以及24小時的計數(shù)、譯碼及顯示。并通過產(chǎn)生快速校時脈沖實現(xiàn)對數(shù)字鐘的時間校正。擴展電路即擴展功能部分通過組合邏輯電路設(shè)計，使用74LS273 8D鎖存器，74LS266同或門，74LS21 4輸入2與門與一片音樂芯片實現(xiàn)了一個簡單的鬧鐘功能。Abstract By "analog electronics" and "Digital Electronics" learning, in order to increase the unders

4、tanding of digital circuits, I decided to make a digital clock . Digital clock circuit is Formed by theMain circuit and the expansion circuit. The main circuit use 555 to create pulse signal then accumulated pulse signal by CC4518,Next by CC4511 achieve decoding digital display .Through the above pr

5、ocess completed 60 seconds, 60 minutes and 24 hours of counting, decoding and display.And use Fast pulse achieve time correction.The expansion circuit use 74LS273, 74LS266, 74LS21 implements a simple alarm clock function. 關(guān)鍵詞：數(shù)字邏輯電路綜合應(yīng)用 數(shù)字鐘 同步加法計數(shù)器 555 CC4518目 錄1 數(shù)字鐘的基本組成及工作原理11.1 數(shù)字鐘的構(gòu)成11.2 數(shù)字鐘的工作原

6、理12 數(shù)字鐘的設(shè)計與制作22.1 系統(tǒng)方案選擇與論證22.1.1芯片的選擇方案和論證：22.1.2顯示模塊選擇方案和論證：22.1.3脈沖發(fā)生器的選擇方案和論證：22.1.3 電路設(shè)計最終方案決定22.2 設(shè)計步驟與方法32.2.1 NE555脈沖電路產(chǎn)生32.2.2 計數(shù)器電路42.2.3 譯碼顯示電路62.2.4 校時電路102.3 數(shù)字鐘仿真112.3.1 數(shù)字鐘電路原理圖112.3.2 系統(tǒng)整體仿真圖112.3.3 PCB板圖113 數(shù)字鐘的擴展功能123.1定點報時123.5.1八D鎖存器74LS273芯片功能介紹123.5.2 74LS266四輸入同或門功能介紹123.5.3 7

7、4LS21雙四輸入與門芯片功能介紹133.5.4定點報時功能電路133.2 12歸1144總結(jié)155附錄165.1系統(tǒng)整體仿真圖165.2數(shù)字鐘電路Protel設(shè)計圖175.3印刷電路板的元件分布圖195.4印刷電路板布線圖201 數(shù)字鐘的基本組成及工作原理1.1 數(shù)字鐘的構(gòu)成數(shù)字鐘實際上是一個對標(biāo)準(zhǔn)頻率（1HZ）進行計數(shù)的計數(shù)電路。它由振蕩器、分配器、計數(shù)器、譯碼器和顯示器電路組成。由于計數(shù)的起始時間不可能與標(biāo)準(zhǔn)時間一致，故需要在電路上加一個校時電路，同時標(biāo)準(zhǔn)的1HZ時間信號必須做到準(zhǔn)確穩(wěn)定。本次設(shè)計使用555芯片提供定時脈沖。1.2 數(shù)字鐘的工作原理本數(shù)字鐘是一個將“時”“分”“秒”顯示于

8、人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時。因此，一個基本的數(shù)字鐘電路主要由譯碼器“時”“分”“秒”，計數(shù)器、校時電路、報時電路和振由信號發(fā)生器蕩器組成。主電路系統(tǒng)由秒信號發(fā)生器、“時、分”計數(shù)器、譯碼器及顯示器、校時電路、報時電路組成。秒信號產(chǎn)生器是整個系統(tǒng)的時基信號，它直接決定計時系統(tǒng)的精度，一般用石英晶體振蕩器加分頻器來實現(xiàn)。將標(biāo)準(zhǔn)秒信號送入“秒計數(shù)器”，“秒計數(shù)器”采用60進制計數(shù)器、每累計60秒發(fā)出一個“分脈沖”信號，該信號將作為“分計數(shù)器”的時鐘脈沖?！皶r、分、秒計數(shù)器”采用六十進制計數(shù)器。譯碼器顯示電路將“時、分、秒”計數(shù)器的輸出狀態(tài)送到顯示譯碼器譯碼，通過LED七段顯示器顯

9、示出來。校準(zhǔn)電路是用來對“時、分、秒”顯示數(shù)字進行校準(zhǔn)的，利用的是開關(guān)原理，當(dāng)按下校分開關(guān)時，分脈沖增加，秒不受影響，不按下開關(guān)時，正常計數(shù)。同理校時電路。清零電路與校準(zhǔn)電路相似。報時電路是根據(jù)系統(tǒng)的輸出狀態(tài)產(chǎn)生一脈沖信號，然后去觸發(fā)一音頻發(fā)生器實現(xiàn)報時。60秒顯示電路60分顯示電路24小時顯示電路24小時譯碼電路60分譯碼電路60秒譯碼電路小時、分、秒 計數(shù)電路報時電路（按鍵）校準(zhǔn)電路（按鍵）秒脈沖信號發(fā)生器顯示電路2 數(shù)字鐘的設(shè)計與制作2.1 系統(tǒng)方案選擇與論證2.1.1芯片的選擇方案和論證：方案一: 采用MCS-51系列單片機作為硬件核心,外加時鐘芯片（DS1302）或用單片機內(nèi)部定時器

10、實現(xiàn)定時功能，這種方法定時功能強大，但需要一定的C語言或匯編語言的編程基礎(chǔ)，并且硬件較復(fù)雜，成本較高。此次數(shù)字鐘的設(shè)計只是對數(shù)字電路課程掌握度的評估，所以不采用這種方法。方案二:采用74LS系列的芯片為核心，雖然結(jié)構(gòu)簡單，通俗易懂，不像單片機系統(tǒng)的復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也不需要復(fù)雜的C語言或匯編語言編程，也可以更好的了解數(shù)字鐘的工作原理，所以此次使用方案二。2.1.2顯示模塊選擇方案和論證：方案一：采用LCD液晶顯示屏,液晶顯示屏的顯示功能強大,可顯示大量文字,圖形,顯示多樣,清晰可見,但是價格較貴,并且需要高性能的處理芯片進行驅(qū)動，所以不采用此種方案。方案二：采用七段數(shù)碼管顯示，原理簡單、功能單一、

11、只需外接譯碼芯片即可驅(qū)動。所以選擇它作為顯示部分。2.1.3脈沖發(fā)生器的選擇方案和論證：方案一：使用晶振提供觸發(fā)脈沖，但此種方法比較復(fù)雜，也沒有專門學(xué)習(xí)過用晶振產(chǎn)生脈沖的電路，所以放棄這種方法。方案二：采用CMOS型555芯片，輸入阻抗高達10數(shù)量級，定時長，功耗小，非常適合本電路的設(shè)計要求。2.1.3 電路設(shè)計最終方案決定綜上各方案所述,對此次作品的方案選定: 采用以74LS系列的芯片為核心設(shè)計; 555提供時鐘脈沖; 七段數(shù)碼管作為顯示。2.2 設(shè)計步驟與方法2.2.1 NE555脈沖電路產(chǎn)生555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密

12、特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。555 定時器的外引腳排列圖分別如圖左圖所示。它的各個引腳功能如下：1腳：外接電源負端VSS或接地8腳：外接電源VCC3腳：輸出端Vo2腳：低觸發(fā)端6腳：TH高觸發(fā)端4腳：是直接清零端。5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電。脈沖產(chǎn)生電路由555構(gòu)成的多諧振蕩電路構(gòu)成，連接圖如下：多諧振蕩電路輸出波形：相關(guān)參數(shù)計算：2.2.2 計數(shù)器電路2.2.2.1 CC4518雙BCD同步加法計數(shù)器芯片功能介紹CC45

13、18為雙BCD加計數(shù)器，該器件由兩個相同的同步4級計數(shù)器組成。計數(shù)器為D觸發(fā)器。具有內(nèi)部可交換CP和EN線，用于在始終上升沿或下降沿加計數(shù)。在單個單元運算中，EN輸入保持高電平，且在CP上升沿進位。CR為高電平時，計數(shù)清零。計數(shù)器在脈動模式可級聯(lián)，通過將Q3連接至下一計數(shù)器的EN輸入端實現(xiàn)級聯(lián)。同時后者的CP輸入保持低電平。2.2.2.2 CC4518工作真值及計數(shù)狀態(tài)表CPQ4Q100000100012001030011401005010160110701118100091001CLOCK時鐘輸入端EN計數(shù)允許控制端RES清除端功 能1 0加計數(shù)0 0加計數(shù)×0不 變×0

14、不 變00不 變10不 變××1Q3Q0=02.2.2.3 由CC4518構(gòu)成的秒、分、小時計數(shù)電路60進制計數(shù)電路（個位向十位的進位脈沖，需用Q4的下降沿,接EN端。）工作原理：脈沖上升沿有效，十位六分別對應(yīng)4518管腳的QB3、QB2，通過個位的QA4十位的使能端，然后通過與門連接到清零端。24進制計數(shù)電路工作原理：脈沖上升沿有效，十位二分別對應(yīng)4518拐角的QB2，個位的四對應(yīng)另一個拐角的QA3，然后通過與門連接到清零端QA4控制十位的使能端。2.2.3 譯碼顯示電路2.2.3.1 CC4511 7段鎖存/譯碼/驅(qū)動器芯片功能介紹CC4511是一個用于驅(qū)動共陰極 LE

15、D （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動LED顯示器。 CD4511引腳功能： BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)是怎么樣的，七段數(shù)碼管都會處于消隱也就是不顯示的狀態(tài)。 LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時，允許譯碼輸出。 LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。LT：3腳是測試信號的輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮全部顯示。它主要用來檢測數(shù)7段碼管是否有物理損壞。A、B、C、D為

16、8421BCD碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。2.2.3.2 CC4511工作真值表顯示輸入輸出LEBILTDCBAabcdefg001100001111110101100010110000201100101101101301100111111011401101000110011501101011011011601101100011111701101111110000801110001111111901110011110011消隱011101000000001111消隱/01/0000000鎖存111/鎖存燈測試/0/1111111功能說明：（1）燈測

17、試功能：LT可檢查七段顯示器各字段是否能正常發(fā)光。當(dāng)LT = 0時，不論Q0Q3狀態(tài)如何，七段全部顯示，以檢查各字段的好壞。（2）消隱功能： 當(dāng)BI=0時，輸出ab都為低電平，各字段熄滅。（3）數(shù)碼顯示： 當(dāng)BI=1 LT=1 LE=0，譯碼器工作，當(dāng)3210端輸入8421BCD碼時，譯碼器對應(yīng)的輸出端輸出高電平1，數(shù)碼顯示相應(yīng)的數(shù)字。（4）鎖存：在LE從“0”轉(zhuǎn)換到“1”時，輸出顯示由輸入的BCD碼決定。2.2.3.3 CC4511構(gòu)成的顯示電路譯碼電路：1.數(shù)碼管內(nèi)部已將3端、8端連接在一起，所以使用時，3端接地，8端懸空。2.限流電阻計算：數(shù)碼管的工作電壓為（手冊數(shù)據(jù)），工作電流為（手冊

18、數(shù)據(jù)），譯碼器輸出的高電平，則限流電阻上的電壓應(yīng)該為，限流電阻阻值：3. 兩片CC4511用于進行譯碼，分別代表所記錄數(shù)據(jù)的個位和十位。當(dāng)從4511的A、B、C、D四個輸入端口輸入一個二進制數(shù)據(jù)后會從輸出口輸出相應(yīng)的十進制數(shù)據(jù)。在對十進制數(shù)進行顯示時只需把輸出端與相應(yīng)數(shù)碼管的輸入端連接好，即可進行顯示。2.2.3.4 CC4511構(gòu)成的譯碼顯示電路60進制計數(shù)、譯碼、顯示電路工作原理：信號經(jīng)CC4518雙BCD同步加法計數(shù)器處理后，再經(jīng)CC4511進行譯碼，當(dāng)BI=1LT=1 LE=0，譯碼器工作，當(dāng)Q3Q2Q1Q0端輸入8421BCD碼時，譯碼器對應(yīng)的輸出端輸出高電平1，把信號最后送到數(shù)碼管

19、顯示數(shù)字。24進制計數(shù)、譯碼、顯示電路工作原理：信號經(jīng)CC4518雙BCD同步加法計數(shù)器處理后，再經(jīng)CC4511進行譯碼，當(dāng)BI=1LT=1 LE=0，譯碼器工作，當(dāng)Q3Q2Q1Q0端輸入8421BCD碼時，譯碼器對應(yīng)的輸出端輸出高電平1，把信號最后送到數(shù)碼管顯示數(shù)字。2.2.4 校時電路工作原理：當(dāng)正常計時時，分十位和秒十位進位脈沖分別通過與非門進入電路進行正常的計時，校時脈沖被封鎖。而當(dāng)要校時時，S1或S2開關(guān)閉合，這是相應(yīng)的分十位或秒十位脈沖被封鎖，校時脈沖通過與非門進入電路完成校時功能。2.3 數(shù)字鐘仿真2.3.1 數(shù)字鐘電路原理圖見附錄。2.3.2 系統(tǒng)整體仿真圖見附錄。2.3.3

20、PCB板圖見附錄。3 數(shù)字鐘的擴展功能3.1定點報時3.5.1八D鎖存器74LS273芯片功能介紹74LS273是8位數(shù)據(jù)/地址鎖存器，他是一種帶清除功能的8D觸發(fā)器，下面我介紹一下他的管腳圖功能表等資料。1腳是復(fù)位CLR，低電平有效，當(dāng)1腳是低電平時，輸出腳2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部輸出0，即全部復(fù)位。當(dāng)1腳為高電平時，11(CLK)腳是鎖存控制端，并且是上升沿觸發(fā)鎖存，當(dāng)11腳有一個上升沿,立即鎖存輸入腳3、4、7、8、13、14、17、18的電平狀態(tài)，并且立即呈現(xiàn)在在輸出腳2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、

21、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)上。3.5.2 74LS266四輸入同或門功能介紹74LS266為四輸入同或門，14與7引腳分別為Vcc與Gnd，11、12；8、9；1、2；5、6；分別為同或門輸入引腳。3、4、10、11為輸出管腳。3.5.3 74LS21雙四輸入與門芯片功能介紹輸入管腳為A1-D1；A2-D2，輸出管腳為Y1與Y2，功能為輸入進行與運算后輸出。3.5.4定點報時功能電路首先由CC4518計數(shù)器產(chǎn)生脈沖信號，在給八D鎖存器74LS273 進行鎖存，然后送給同或門，最好經(jīng)與門產(chǎn)生高電平信號使得三極管導(dǎo)通，音樂芯片隨之發(fā)出聲音。3.2 12歸1EWB仿真圖：工作原理：由DFF1的Q和CC4518的低三位做個位， D觸發(fā)器2的Q做十位，時鐘脈沖經(jīng)DFF1分頻后給CC4518的時鐘輸入端CP1B。上電后全為0。當(dāng)個位1010時, 經(jīng)與門產(chǎn)生高電平給CC4518清零端MRB，同時DFF1的Q翻轉(zhuǎn)為零，個位清零。當(dāng)十位和個位為10011時,經(jīng)與門產(chǎn)生高電平對CC4518的輸出端清零，DFF1的Q翻轉(zhuǎn)為高電平，個位為1，同時高電平信號經(jīng)反向后對DFF2清零，十位清零。實現(xiàn)12歸1的計數(shù)。4總結(jié)通過這次的電子技術(shù)綜合設(shè)計，收獲了許多，這中間不光有知識技術(shù)方面的收獲，也有過程中的汗水與成功后的喜悅。首先在知識